典型多環(huán)芳烴在紅樹林沉積物中的吸附及其影響因素研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是一類典型的持久性有機(jī)污染物，它可通過各種環(huán)境介質(zhì)（大氣、水、生物等）長(zhǎng)距離遷移并存在于河口及海岸帶生態(tài)環(huán)境中。紅樹林是熱帶、亞熱帶海岸重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)，其生產(chǎn)力高、富含有機(jī)質(zhì)以及強(qiáng)還原性環(huán)境條件等特性，使之成為吸收和累積PAHs的重要場(chǎng)所。但目前有關(guān)紅樹林濕地中PAHs的研究大多限于PAHs的含量及來源解析、微生物對(duì)PAHs的降解等。PAHs在沉積

2、物中的吸附行為及其影響因素的研究少見報(bào)道。紅樹林沉積物具有特殊性，且環(huán)境條件復(fù)雜多變，PAHs在其中的吸附行為可能與其他沉積物不同。相關(guān)研究工作的開展對(duì)于紅樹林濕地的污染控制和生物修復(fù)有重要意義。
　　 本文以三種典型PAHs萘(Na)、蒽(An)和苯并[a]芘(B[a]P)為代表，研究了它們?cè)诰琵埥诩t樹林沉積物中的吸附行為及其受老化、淹水、溫度、鹽度和種植秋茄（Kandelia candel，Kc）幼苗的影響。另外，嘗試將本

3、課題組新建的熒光分析法應(yīng)用于上述研究，以進(jìn)一步拓展PAHs的現(xiàn)場(chǎng)、原位研究方法。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)新建了同步熒光法直接測(cè)定不同沉積物提取液中Na,An和B[a]P的方法。結(jié)果表明，該方法測(cè)定簡(jiǎn)單、快速，無需復(fù)雜前處理，其精確度和靈敏度可滿足本研究的要求。
　　 (2)研究了Na,An和B[a]P在沉積物中的吸附及其受老化和淹水作用的影響；分析了沉積物的組成和結(jié)構(gòu)，探討了PAHs吸附及老化、淹水作用的機(jī)

4、理。結(jié)果表明，Na、An和B[a]P在沉積物中的吸附依次增強(qiáng)；老化作用增強(qiáng)了PAHs在沉積物中的吸附，強(qiáng)吸附態(tài)Na,An和B[a]P分別由48.6％、47.1%和70.3%增至50.5%，54.1%和73.5%：淹水后，沉積物中約有30.3%的Na，16.8%的An和3.46%的B[a]P釋放至上覆水中，但老化后該釋放量明顯減少，分別為18.4%，9.01%和0.710%;所研究九龍江口紅樹林沉積物中主要的吸附劑是碳質(zhì)顆粒和粘粒：碳質(zhì)顆

5、粒所占比重小，但吸附PAHs的量高；粘粒是該沉積物的重要組分，對(duì)沉積物富集PAHs貢獻(xiàn)最大；該沉積物具有較好的團(tuán)聚性。老化后，沉積物中的PAHs進(jìn)入碳質(zhì)顆粒和團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的微孔中，吸附于其中較深的吸附位點(diǎn)，較難被解吸。淹水作用在一定程度上破壞了沉積物團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，從而使其吸附的PAHs解吸。
　　 (3)研究了Na,An和B[a]P在紅樹林沉積物上的吸附特性，以及溫度和鹽度對(duì)PAHs吸附的影響。結(jié)果表明，PAHs在沉積物上的吸附

6、均表現(xiàn)為快速吸附和慢速吸附兩階段過程；Freundlich模型能很好地?cái)M合等溫吸附數(shù)據(jù)，由其擬合參數(shù)可知，沉積物對(duì)PAHs的吸附指數(shù)n全小于1，表明吸附呈非線性；PAHs的辛醇-水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)（logKow）與其在沉積物中吸附容量的對(duì)數(shù)(logKf)呈線性關(guān)系，表明吸附以分配作用為主；溫度由150C升至350C時(shí)，PAHs的吸附容量Kf明顯減小，Na的由107.22減至10.792，An、B[a]P的則分別從246.22、2215.8

7、減至33.524、491.13;鹽度由0增至30時(shí)，PAHs的吸附容量Kf增加，Na的由20.076增至215.46，An、B[a]P的則分別從73.029、1076.5增至361.10、2714.7.
　　 (4)研究了Na、An和B[a]P在沉積物不同粒徑團(tuán)聚體中的吸附/解吸行為。結(jié)果表明，沉積物不同粒徑團(tuán)聚體對(duì)PAHs的吸附有明顯差異。首先，其吸附動(dòng)力學(xué)特征不同：在0-2 h快速吸附階段，PAHs的吸附速率和吸附量均隨團(tuán)聚

8、體粒徑減小而增加，在2-72 b的慢速吸附階段，PAHs的吸附速率和吸附量增率則隨團(tuán)聚體粒徑減小而減小，快吸附階段的差異與團(tuán)聚體粒徑有關(guān)，而慢吸附階段的差異與團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)有關(guān)；其次，其吸附容量Kf不同：不同粒徑團(tuán)聚體對(duì)PAHs的吸附容量kf順序?yàn)?.063-0.25>0.063>0.25-1.0>1.0 mm，有機(jī)質(zhì)的含量和性質(zhì)是重要的影響因素。沉積物不同粒徑團(tuán)聚體中PAHs的解吸過程也表現(xiàn)為快速解吸和慢解吸兩階段，PAHs在不同溶劑中的

9、解吸量順序?yàn)槎燃淄?甲醇>羥丙基-β-環(huán)糊精(HPCD)水溶液，表明其吸附以疏水性分配為主：不同粒徑團(tuán)聚體中PAHs的解吸行為也表現(xiàn)出明顯的差異；PAHs在沉積物團(tuán)聚體中的解吸與其吸附時(shí)間密切相關(guān)，吸附時(shí)間越長(zhǎng)，解吸量越小。
　　 (5)研究了種植典型紅樹植物Kc幼苗對(duì)沉積物中Na、An和B[a]P吸附行為的影響，及其受老化和淹水作用的影響。結(jié)果表明，種植Kc幼苗的沉積物中，Na、An和B[a]P自然消解率分別為55.05-7

10、1.54%、47.29-70.41%和43.93-67.31%，明顯高于未種植Kc幼苗的沉積物，表明種植Kc幼苗促進(jìn)了沉積物中PAHs的自然消解；與未種植Kc幼苗的沉積物相比，種植Kc幼苗的沉積物中HPCD水溶液提取的PAHs和甲醇提取的PAHs含量較高，而剩余PAlls的含量較低，表明種植Kc幼苗促進(jìn)了沉積物中強(qiáng)吸附態(tài)PAHs向弱吸附態(tài)和生物可利用態(tài)轉(zhuǎn)化；根際沉積物中生物可利用態(tài)PAHs的含量明顯高于非根際沉積物；根際沉積物的酶活性明

11、顯高于非根際沉積物，表明根際環(huán)境中的微生物活性較高；沉積物中約11.15-23.63%的Na，3.81-5.65%的An和0.32-1.18%的B[a]P被Kc苗根部富集，其中相當(dāng)一部分被吸收至根內(nèi)部。采用熒光顯微鏡法觀察到了An向Kc幼苗莖、葉的傳輸；采用光纖熒光法在Kc葉片上下表面均檢測(cè)到了An，表明揮發(fā)再沉降也是An由沉積物向植物遷移的重要途徑。三種PAHs在Kc幼苗根部的富集量與其在沉積物中的HPCD水溶液提取態(tài)含量有顯著相關(guān)性

12、，表明Kc幼苗根對(duì)三種PAHs的富集與其在沉積物中的吸附密切相關(guān)；老化后，三種PAHs在沉積物中的吸附增強(qiáng)，從而使其根富集量減??；淹水后，三種PAHs在沉積物中的吸附減弱，從而使其根富集量增加。
　　 (6)綜合上述結(jié)果可知，與其他沉積物相比，由于紅樹林沉積物本身性質(zhì)及所處環(huán)境的特殊性，PAHs在其中的吸附行為也表現(xiàn)出特殊性：紅樹林沉積物含有吸附能力強(qiáng)的碳質(zhì)顆粒等有機(jī)吸附劑和粘粒含量高的特點(diǎn)使其易富集PAHs;團(tuán)聚結(jié)構(gòu)好的特點(diǎn)使